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Lösungen, Klausurtipps, Prüfungsfragen

Fahrzeugtechnik Teil II: Seminarunterlagen

1.964 / ~7 sternsternsternstern_0.5stern_0.3 Ludwig S. . 2012
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1.Was ist Verbrennungskraftmaschine?
2.Einteilung der Verbrennungsmotoren
3.Welche Hauptbaugruppen
4.$Takte Ottomotor nennen und erklären
5.Was ist ventilüberschneidung?
6.Was ist die Füllung des Motors?
7.Was ist Ladeluftkühlung
8.Was ist der Füllungsgrad/Liefergrad?
9.Was ist der hubraum
10.Verdichtungsverhältnis?
11.Wodurch entsteht klopfende Verbrennung
12.Wo beginnt man mit dem zählen der Zylinder
13.Was ist die zündfolge
14.Wie berechnet man den zündabstand
15.was ist das Motorkennfeld bzw woraus setzt es sich zusammen?
16. Was ist das Hubverhältnis
17. Was ist Hubraumleistung
18.Was ist das Leistungsgewicht
19.Charakterisierung des Dieselmotors
20.Baugruppen des Diesels
Vorteile vom common rail bzw.

Pumpe-Düse
21.Schadstoffe
22.Wodurch entstehen sie
23.Warum sind sie schädlich und was bewirken sie(alle einzeln, co, co2, nox .)
24.Aufgaben des Kolbens
25. Aufbau des kolbens, Beanspruchung, Kolbenwerkstoffe; Kolbenarten; kühlung des Kolbens
26.Kolbenschäden
27.Was ist desachsierung
28. Aufgaben der Pleuelstange, welche Beanspruchungen,Werkstoffe; aufbau, Schmierung vom pleuel
29.Kurbelwelle Aufbau, Aufgaben etc
30.Zylinderkurbelgehäuse
31.Bauweise der karosse
32.Arten von Kfz(Cabrio, suv .)


Verbrennungskraftmaschinen

es handelt sich um eine Kraftmaschine (Maschine, die mechanische Leistung abgibt),

in der ein Wärmeprozess und ein Verbrennungprozess gekoppelt ablaufen.

Im Verlauf des Prozesses wird aus der chemisch gebundenen Energie eines Kraftstoffes

(der Kraftstoffenergie) durch Verbrennung auf dem Weg über thermische Energie

mechanische Arbeit gewonnen. Bei Strömungsmaschinen erfolgt die Arbeitsleistung

durch Nutzung der kinetischen Energie. Hierunter fallen allgemein alle Gasturbinenantriebwerke

(Fahrzeuggasturbine, Strahltriebwerk). Bei Kolbenmaschinen besitzt der Arbeitsraum starre Wände,

von denen mindestens eine Wand (Kolben) so bewegt wird, dass sich ein veränderliches Volumen ergibt.


Einteilung Motoren:

Gemischbildung und Zündung

Arbeitsweise

Zylinderanordnung

Kühlung

Kolbenbewegung

Lage der Nockenwelle


Aufbau

im Wesentlichen 4 Hauptbaugruppen:

Motorgehäuse

Kurbeltrieb

Motorsteuerung

Gemischbildungsanlage

Hilfseinrichtungen


Arbeitsweise eines Vier-Takt-Motors

4 Takte des Arbeitsspieles:

Ein Arbeitsspiel läuft in 2 Kurbelwellenumdrehungen

ab (720° Kurbelwinkel, KW).

1. Takt: Ansaugen (Einlassventil offen)

2. Takt: Verdichten (Ventile zu)

3. Takt: Arbeiten (Ventile zu)

4. Takt: Ausstoßen (Auslassventil auf)


Ventilüberschneidung

In der Übergangsphase vom Ausstoß-Takt zum Ansaug-Takt sind sowohl

Einlass- und Auslassventil geöffnet.


Füllung:

Masse der Gase (Kraftstoff-Luft-Gemisch oder Luft), die

während des Ansaugtaktes in den Zylinder einströmt


Ladeluftkühlung:

z.B. bei Turbogeladenen Motoren

Komprimierte Ansaugluft wird in extra Ladeluftkühler gekühlt.

(Komprimierte Luft ist warm = ausgedehnt = schlecht)

(Luft wird gekühlt = mehr Luft in Brennraum = Leistung = gut)


Liefergrad (Füllungsgrad)

Verhältnis von tatsächlich angesaugtem Kraftstoff-Luft-Gemisch in Kilogramm zur theoretisch

möglichen (vollkommenen) Füllung des Zylinders mit Kraftstoff-Luft-Gemisch in Kilogramm.

Formelzeichen: lL

Berechnungsformel: lL = mZ / mth


Hubraum

Raum zwischen den beiden Totpunkten OT und UT des Kolbens.

Formelzeichen: Vh

Gesamthubraum

Ergibt sich aus Summe der Hubräume der einzelnen Zylinder eines Motors.

Formelzeichen: VH


Verdichtungsverhältnis

Formelzeichen e

Hubraum + Verdichtungsraum

Verdichtungsverhältnis = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

Verdichtungsraum

Vergleicht man den Raum oberhalb des Kolbens vor dem Verdichten

(Hubraum Vh + Verdichtungsraum Vc) mit dem Raum oberhalb des Kolbens

nach dem Verdichten (Verdichtungsraum Vc), so erhält man das Verdichtungsverhältnis.

Ein hohes Verdichtungsverhältnis eines Ottomotors ermöglicht eine besser Ausnutzung

der Kraftstoffenergie und somit Verbesserung des Wirkungsgrades.

e = 9 : Wesentlich vergrößerter Verdichtungsarbeit

Ergibt die Ausnutzung des bedeutend erhöhten Druckgefälles bei

gleicher Frischgasfüllung eine Leistungserhöhung von > 10% und

eine Verringerung des Kraftstoffverbrauches um ca. 10%.

Klopfende Verbrennung:

-Kraftstoff-Luft-Gemisch zündet nicht ausschließlich durch Fremdzündung

(Zündfunken der Zündkerze) sondern auch durch Selbstzündung mit Zündkernen

mehrere überschnelle, schlagartige Entflammungen sind möglich

(Stosswellen erzeugen Klopfen oder Klingeln)

-Kugelförmige Flammenfronten schlagen aufeinander

-Verbrennungsgeschwindigkeiten zwischen 300 . 500 m/s

-Entstehung von stark überhöhten Drücken im Brennraum

-Erhöhung der mechanischen und thermischen Belastung des Kurbeltriebes

Leistungsabfall !


Klopfursachen:

Kraftstoff ungeeignet (ROZ Oktanzahl)

Frühzündung zu groß

Gemischverteilung ungleichmäßig

Wärmeabfuhr schlecht durch Ölkohleablagerungen

Kühlsystem fehlerhaft

Verdichtungsverhältnis zu hoch (ZKD zu dünn !)


Beschleunigungsklopfen:

Kraftstoff ungeeignet (ROZ Oktanzahl)

Zündeinstellung falsch

Meist beim Beschleunigen aus niedriger Drehzahl unter Volllast


Hochgeschwindigkeitsklopfen:

Auftreten im oberen Drehzahlbereich bei Volllast

Überhitzung des Motors möglich

Schäden an Kolbenböden, Zylinderköpfen und Kolbenfresser möglich


Die Zählung beginnt bei der Seite, die der Kraftabgabeseite gegenüberliegt.

Bei V-, VR und Boxermotoren beginnt man in der Regel mit der

linken Zylinderreihe und zählt jede Reihe (Bank) durch.

Zündfolge:

Gibt an, in welcher Reihenfolge die Arbeitstakte

der einzelnen Zylinder eines Motors aufeinander folgen.


Zündabstand:

Gibt an, in welchem Abstand in Grad Kurbelwinkel die Arbeitstakte bzw.

die Zündungen der einzelnen Zylinder aufeinander folgen.


Einzylindermotor zündet einmal auf 2 Kurbelwellenumdrehungen,

der Zündabstand beträgt somit 720 ° KW.

720 ° KW

Zündabstand = ¾¾¾¾¾

Zylinderzahl


Je höher die Zylinderzahl, desto kleiner wird der Zündabstand, der

Motorlauf wird ruhiger und das abgegebene Drehmoment gleichmäßiger


Motorkennfeld:

Steuert die Gemischbildung und die Zündung des Motors, so dass der Motor so gut wie

immer das maximale Drehmoment liefert. Das Kennfeld ist im Motorsteuergerät gespeichert.


Hubverhältnis:

Verhältnis von Hub zu Bohrung:

Hub < Bohrung Þ Hubverhältnis ist kleiner 1

Hub > Bohrung Þ Hubverhältnis ist größer 1


Hubraumleistung:

Schnelllaufende Motoren sind um so geeigneter,

je größer ihre Leistung im Verhältnis zum Hubraum

und je geringer ihr Baugewicht im Verhältnis zur Leistung ist.

Die Hubraumleistung gibt die größte Nutzleistung an,


Leistungsgewicht

Das Leistungsgewicht des Motors gibt an, welches Baugewicht der

Motor je 1 kW größter Nutzleistung hat.

Das Leistungsgewicht des Fahrzeuges gibt an, welches Gewicht das

Fahrzeug je 1 kW größter Nutzleistung hat.

Das Leistungsgewicht gibt an wie viele Masse pro1 PS bewegt werden müssen.


Diesel

-Dieselmotoren haben einen wesentlich günstigeren

Kraftstoffverbrauch bis zu 30 % weniger als vergleichbare Ottomotoren.

-bessere Drehmomentenentfaltung im unteren Drehzahlbereich

-In der Anschaffung teurer als Benziner

-Wurde 1896 von Rudolf Diesel entwickelt

-PKW 8000 U/min LKW 2000-2500 U/min

-Moderne TDI Motoren haben eine Direkteinspritzung

-Alte Motoren zum Vorglühen nennt man auch Nebenkammermotoren

-Der Dieselmotor arbeitet immer mit innerer Gemischbildung und

Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.

-Diesel als Kraftstoff

-meistens Turbogeladen

-sind Langhuber

-besserer Wirkungsgrad als Ottomotor

-höhere Drücke als bei Ottomotor


4 Hauptbaugruppen mit zusätzlichen Hilfseinrichtungen Diesel

-Motorgehäuse

-Kurbeltrieb

-Motorsteuerung

-Kraftstoffanlage mit Einspritzausrüstung

-Hilfseinrichtungen


Reiheneinspritzpumpe (REP)

Mechanische Einspritzpumpe (Kolbenpumpe mit Nockenwelle)

bei der mehrere Pumpenelemente in Reihe angeordnet sind

Verteilereinspritzpumpe (VEP)

Nur ein Pumpenelement, das entweder Mechanisch oder Elektrisch Gesteuert wird.

Kreisförmige Anordnung der Einspritzleitungen um Pumpenelement


Es ist ein elektronisch geregeltes Einspritzsystem bei dem jeder Motorzylinder im

Zylinderkopf jeweils ein Pumpe-Düse-Element hat. Diese Einspritzelemente

ermöglichen höchste Einspitzdrücke bis zu 2050 bar.

Vorteile:

Reduzierung der Schadstoffbildung; Voreinspritzung, möglich

Spezifischer Kraftstoffverbrauch, geringer (Zylinderabschaltung, einzeln möglich)

Nachteil:

Teuer, Komplizierter Aufbau


Common-Rail-Einspritzung (CDI)

Elektrisch regelbare Hochdruck-Einspritzanlage mit gemeinsamen Verteilerrohr (Common-Rail).

Hochdruckpumpe erzeugt Kraftstoffhochdruck in Rail (Verteilerrohr) der über

magnetventilgesteuerte Injektoren den Verbrennungsräumen zugeführt wird.

gespeicherten Kraftstoffvolumen

-Druckschwankungen, gering wegen großem Speichervolumen und der großen

Durchflussmenge

Vorteile:-Hohe Einspritzdrücke

-Steuergerät bestimmt Einspritzverlauf (Einspritzbeginn, Einspritzmenge, Einspritzende)

-Vor- nach- und Haupteinspritzung möglich

-Variable Einspritzdrücke abhängig des Betriebszustandes

-Einspritzverlauf abhängig von Programmierung

-System günstig an Motor anpassbar

Schadstoffe im Abgas

-Kohlenmonoxid

-Kohlenwasserstoffverbindungen, unverbrannt

-Stickoxide (NOx = Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2),

-Distickstoffoxid (N2O))

-Bleiverbindungen

-Feststoffe Rußpartikel)

-„Wasser“


Entstehung der Schadstoffe

-Bei theoretischem Mischungsverhältnis beträgt das Luftverhältnis l = 1

-(Verhältnis von angesaugter Luftmenge zu theoretisch erforderlicher Luftmenge)

-5 % . 10 % Luftmangel (l = 0,95 . 0,9; fettes Gemisch)

-größte Leistung für Vollast (normale Einstellung),

-rel. hoher spezifischer Kraftstoffverbrauch,

-hoher Schadstoffanteil an Kohlenmonoxid

-10 % Luftüberschuss (l = 1,1 mageres Gemisch),

-niedriger spezifischer Kraftstoffverbrauch,

-geringere Leistung,

-höhere Motortemperatur,

-geringere Anteile an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffverbindungen,

jedoch hohe Anteile an Stickoxiden (Entstehung bei hoher Temperatur und

hohem Druck im Verbrennungsraum)


Geruchsarm, Hoch Giftig, Schwerer als Luft, entsteht

bei einer unvollständigen Verbrennung (Gemisch ist zu fett), brennbar

Unverbrannte Kohlenwasserstoffe:

Giftig, Stark Reizend bei Schleimhäuten ,

Typischer Abgasgeruch, Entsteht bei Sauerstoffmangel und unvollständiger Verbrennung


Feststoffe Rußpartikel:

Entstehen bei beiden Motorenarten, beim

Diesel aber ca. 20-200 mal mehr


Kohlendioxid:

Ungiftig

Stickoxide:

Giftig, unsichtbar, geruchlos, reizt die Atemwege, kann Tödlich sein


Kat:

Soll HC und CO Anteile zu H2O und CO2 oxidieren

und NOx zu N2 und CO2 reduzieren


Kolben Aufgaben:

-Verbrennungsraum gegen das Kurbelgehäuse beweglich abdichten

-Bei Verbrennung entstehenden Gasdruck aufnehmen

-Die von den Verbrennungsgasen an den Kolbenboden abgegebene

Wärme zum größten Teil an die Zylinderwand weiterleiten

-Steuerung des Gaswechsels bei Zweitaktmotoren.

Aufbau

Kolbenboden, Kolbenringzone, Kolbenschaft, Bolzennaben


Kolbenboden: Flach oder mit Kontur

Einbau einer Verbrennungsmulde in den Kolbenboden wird der Verdichtungsraum in den

Kolben verlagert (typisch bei Dieselmotoren!) (z.B. MAN-M Verfahren (Mittelkugel))

Form wird beeinflusst von der Form des Verdichtungsraumes und der Lage der Ventile

Feuersteg:

Bereich zwischen obersten Kolbenring und Oberkante Kolben

Soll obersten Kolbenring vor zu großer Erwärmung schützen

Kolbenringzone:

Im Kolbeninneren stark verrundet, bringt Versteifung und verbessert Wärmeabfuhr

Kolbenschaft (Kolbenhemd):

Führung des Kolbens im Zylinder

Übertragung von Seitenkräften auf die Zylinderwand

Schaftlänge:

Lang genug, um Kippen des Kolbens beim Seitenwechsel gering halten

Bolzennaben:

Ãœbertragung der Kolbenkraft auf Kolbenbolzen


Beanspruchung:

Kolbenkraft:

Verbrennungsdruck bis zu 60 bar und Kolbendurchmesser von 80 mm erzeugt

Eine Kolbenkraft bis zu 80 kN

Seitenkraft:

Kolben wird wechselseitig an die Zylinderwand gedrückt

Es entsteht das Kolbenkippen und somit Geräusche

Maßnahmen:

Kleineres Kolbenspiel, größere Schaftlänge und Desachsierung des Kolbenbolzens

Desachsierung:

D. h., Versetzen der Achse des Kolbenbolzens aus der

Kolbenmitte nach der druckbelasteten Seite um 0,5 . 1,5 mm

Kolbenschaft, Kolbenringnuten und Bolzennaben werden durch Reibung beansprucht

Maßnahmen:

Geeignete Werkstoffauswahl, Oberflächen und ausreichende Schmierung


Kolbenwerkstoffe:

-Dichte, gering

-Mechanische Festigkeit, hoch

-Wärmeleitfähigkeit, hoch

-Wärmedehnung, gering (angepasst an Laufbuchse aus Grauguss)

Reibungswiderstand, gering

-Verschleißwiderstand, groß

-Verwendung von Al-Si-Legierungen AlSi12CuNi

-Silizium bedeutet geringere Wärmedehnung und Verschleiß, aber Bearbeitung

schlecht mit geringen Werkzeugstandzeiten

-Belastung, thermisch sehr hoch, dann AlSi18CuNi, AlSi25CuNi

-Herstellung im Kokillenguss oder für besonders hohe Drücke, dann geschmiedet


Kolbenarten


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